Abstract
Capillary waves are frequently used to measure the surface tension of liquids. However, this approach has not found wide application in the manufacture of modern commercial tensiometers because of the limitations imposed by capillary wave excitation techniques and the labor input associated with its practical implementation. In this paper we introduce a modified version of the capillary wave method which allows one to avoid the existing limitations and disadvantages. The distinguishing features of the proposed technique are as follows: acoustic wave generation and application of an interferometry technique for 3D surface profile reconstruction. A dynamic speaker with controlled vibration frequency and amplitude is used to produce acoustic vibrations, which are transferred via waveguides and create the local source of pressure oscillations on the fluid surface. Application of a conventional Fizeau interferometer and the spatial phase shifting method makes it possible to perform surface form measurements with an accuracy of 5 nm. For calculating wavelengths and the damping coefficient, the surface profile is fitted with a decaying cylindrical wave equation. The accuracy of surface tension measurement by the modified capillary wave technique is 0.3 % , and the measured values coincide with the known values of these parameters determined using other measuring instruments. Owing to the non-contact way of wave generation and the small amounts of the examined fluid, the proposed method can be used in biological, magnetic fluids studies and rheological investigations in physical chemistry.
Highlights
Метод капиллярных волн широко распространен для исследования поверхностных свойств жидкости
Capillary waves are frequently used to measure the surface tension of liquids. This approach has not found wide application in the manufacture of modern commercial tensiometers because of the limitations imposed by capillary wave excitation techniques and the labor input associated with its practical implementation
In this paper we introduce a modified version of the capillary wave method which allows one to avoid the existing limitations and disadvantages
Summary
Идея исследования волн на поверхности жидкости для изучения свойств границы раздела возникла достаточно давно. Для исследования свойств поверхности жидкости предпочтительно иметь дело с капиллярными волнами. Главным образом, на затухание плоской волны и лишь в виде малых поправок – на её длину. При этом из-за концевых эффектов считать волну от такого источника плоской можно лишь на расстояниях значительно меньше длины пластины, что накладывает ограничения на проведение измерений вдали от пластины. Необходимость уменьшения погрешности измерения длины волны, к которой метод чувствителен, предполагает проведение измерений на больших дистанциях от источника. Свести к минимуму описанные выше недостатки удаётся лишь в достаточно больших рабочих кюветах, что требует значительного объема исследуемой жидкости. Для регистрации деформации границы раздела применен интерференционный метод, позволяющий получать мгновенный профиль на всей исследуемой поверхности с чувствительностью 5 нм. В конце статьи приводятся результаты тестовых измерений для ряда хорошо изученных систем и обсуждаются условия применимости и перспективы использования метода в некоторых актуальных задачах физико-химической гидродинамики
Sign-in/Register to view highlights & summary Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
